KR102166574B1 - 구조물 기초공사용 우물통 설치방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 교각, 저류조 축조 또는 배수탱크 축조 등의 시설물의 기초공사시 사용되는 기초구조물인 우물통을 매립하여 지반에 고정시키는 우물통 설치방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 굴착공에 매립된 우물통을 하부로 이동시 측면지층에서 내측으로 압박하는 측면토압을 낮추기 위해 우물통에서 굴착동 내벽면 방향으로 물 또는 공기를 분사하고, 매립과정 또는 매립 후에는 노즐을 고압노즐로 변경하여 굴착공 내벽에 고압수 또는 고압기체에 의한 수평토굴을 형성하여 그라우팅 작업시 그라우팅제가 수평토굴에 내입되어 성형되게 함으로써 설치 지층과 그라우팅층의 접촉면적 증가로 기울임없이 안정적인 지지력을 제공할 수 있는 우물통 설치방법에 관한 것이다.

Description

구조물 기초공사용 우물통 설치방법{caisson installtion Method for foundation work of structure}

본 발명은 교량의 교각, 저류조 축조 또는 배수탱크 축조 등의 시설물의 기초공사시 사용되는 기초구조물인 우물통을 매립하여 지반에 고정시키는 우물통 설치방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 굴착공에 매립된 우물통을 하부로 이동시 측면지층에서 내측으로 압박하는 측면토압을 낮추기 위해 우물통에서 굴착동 내벽면 방향으로 물 또는 공기를 분사하고, 매립과정 또는 매립 후에는 노즐을 고압노즐로 변경하여 굴착공 내벽에 고압수 또는 고압기체에 의한 수평토굴을 형성하여 그라우팅 작업시 그라우팅제가 수평토굴에 내입되어 성형되게 함으로써 설치 지층과 그라우팅층의 접촉면적 증가로 기울임없이 안정적인 지지력을 제공할 수 있는 우물통 설치방법에 관한 것이다.

교량의 교각, 안벽, 저류조, 배수탱크 등의 기초 구조부로 구축하게 되는 강재 우물통 기초 시공방법은 지지력과 수평저항력이 큰 기초 형식으로 깊은 기초에 사용되는 공법으로서, 여러 개로 분리되어 운반되어진 강재 우물통들을 현장에서 조립하여 우물통 조립체로 건조시켜, 이 건조된 우물통 조립체를 교각 설치위치로 운반하여 침하시켜 우물통 조립체 내측 저면의 토사를 굴착함과 동시에 우물통의 자중 또는 적재하중에 의하여 소정의 깊이까지 침설하여 강재 우물통 조립체를 지반에 정착시키고, 상기 우물통 조립체 내부에 채움콘크리트를 충진시킴으로써 기초 구조물을 구축하는 공법이다.

이 우물통 기초 시공시 사용되는 우물통은 교각(橋脚)에는 원형 또는 타원형 의 단면형태가, 안벽(岸壁)에는 장방형의 단면형태로 제작되어지며, 주로 많이 사용되는 우물통은 강재로 제작되어진 원통형의 철구조물로서, 그 직경은 일반적으로는 12m∼15m이고, 대형 구조물일 경우 15m 이상으로 적용할 수 있고, 높이는 3m, 4m, 5m의 크기인 단위체들을 연결 조립하여 제작한 우물통을 사용하게 된다.

이 강재 우물통은 수중 속에 설치되는 관계로 내외측 강판사이에 1∼2m의 간격을 두고 공간부를 형성하면서 수압을 지지하도록 트러스 구조체가 일체로 용접되어져 있으며, 한편, 최하단용으로 설치되는 강재 우물통에는 내외측 강판이 하단부에서 일체로 연결되어 그 사이에 공간부를 형성하여 물속에서 부력을 받게 한다.

이와 같은 원통형의 강재 우물통은 대략 12∼15m의 높이로 한꺼번에 육상에서 연결 조립하여 건조시켜 교각의 설치위치로 운반되어져 설치하게 된다.

상기와 같은 우물통 조립체에 의하여 시공되는 종래의 '우물통 기초공법'은 강재 우물통 조립체를 지상에서 한꺼번에 제작하여 교각의 기초 설치위치로 운반하고, 우물통의 내외측 강판 사이의 공간부에 콘크리트를 채워 침하시켜 하상에 거치시킨 다음, 수면위로 노출된 강재 우물통의 상단부에서 일정높이로 철근조립체 및 거푸집을 설치하여 콘크리트를 타설함으로써 강재 우물통 조립체와 콘크리트벽체를 일체로 성형시킨다.

이후 우물통 저면의 지반을 지속적으로 굴착하여 우물통 조립체의 매립이 이루어지도록 하고 이러한 굴착 매립은 지반 특히 암반상에 정착될 때까지 시행하여 안정적인 지지력을 제공하게 한다.

그러나 상기 우물통의 지반 매립은 굴착방식에 의해 이루어지므로, 굴착된 깊이가 깊어질수록 굴착측벽으로 작용하는 토압의 크기가 커지게 되고, 이러한 토압세기 증가는 굴착공으로 침하되는 우물통을 측면에서 압박하여 마찰력을 증가시켜 우물통 침하를 방해하게 된다.

일본공개특허 특개2017-210754호(2017.11.30.공개; 이하 '선행문헌1'이라 함)은 케이슨 구체의 침설 장치 및 침설 방법에 대해 제시하였다. 상기 선행문헌1은 케이슨 외면에 다수개의 분사노즐과, 마찰계를 설치하여 마찰계의 계측수치가 증가되면 근접한 분사노즐을 분사하여 마찰계측 수치를 낮춰 케이슨을 수직으로 정립 및 안정적인 침강이 가능하게 한 것이다.

한국등록실용신안 제20-0426817호(2006.05.12.등록; 이하 '선행문헌2'이라 함)은 교량 구조물 기초 시공용 우물통을 제시하였다. 상기 선행문헌2는 우물통 원부를 따라 다수개의 노늘과 밸브를 설치하되 각 노즐과 밸브에 연통되는 에어분산관은 구획별로 별도의 공급라인을 통해 공급하여 방향에 따라 선택적으로 작동시켜 우물통이 기울어지는 것을 방지하게 한 것이다.

한국등록특허 제10-0360462호(2002.10.28.등록; 이하 '선행문헌3'이라 함)은 연약지반상의 구조물의 축조방법을 제시하였다. 상기 선행문헌3은 내부에 수직공이 형성된 케이슨을 지반에 매립한 다음 수직공을 통해 케이슨 하단부를 그라우팅하고, 앵커용 강재를 케이슨 수직공으로 내입시켜 케이슨보다 더 깊게 내설하고, 케이슨 수직공을 통해 앵커용 강재 주변까지 그라우팅하는 단계를 더 구성하여 케이슨의 고정력을 향상시켰다.

상기 선행문헌1 및 2는 우물통(케이슨)을 침강시키는 과정에서의 측면토압에 의한 마찰력을 최소화시키기 위해 고압수 또는 고압공기를 분사하는 방법을 적용하고, 매립후에는 지반과의 빈틈을 그라우팅에 의해 매우는 방식이 적용되나 이는 단순히 틈을 메우는 기존 방식을 적용한 것일 뿐 우물통에 대한 지지력을 더 상승시키기 위한 방안을 제시하지는 못하였다.

또한, 선행문헌3에서는 우물통에 대한 지지력을 더 보강시키기 위해 앵커용 강재를 추가 설치하는 방식을 적용하였으나, 이 역시 수직으로 강재를 설치하기 때문에 우물통 설치후 강재 매립을 위한 천공작업을 더 수행해야되므로 번거로움이 있다. 또한 기울어짐을 방지하기 위해 깊게 매립하는 방식만을 적용할 뿐 그 외의 기울어짐에 저항하는 방식은 적용되지 않았다.

따라서, 상기 추가적인 강재설치 방식이외에 다른 방법을 통해서 설치된 우물통의 기울어짐을 방지할 수 있는 새로운 우물통 설치방법에 대한 필요성이 대두되었다.

일본공개특허 특개2017-210754호(2017.11.30.공개) : 케이슨 구체의 침설 장치 및 침설 방법 한국등록실용신안 제20-0426817호(2006.05.12.등록) : 교량 구조물 기초 시공용 우물통 한국등록특허 제10-0360462호(2002.10.28.등록) : 연약지반상의 구조물의 축조방법

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구조물 기초공사용 우물통 설치방법은,

측면 토압을 감소시키기 위해 분사하는 노즐을 저압노즐과 고압노즐로 복수로 구성하고, 단속밸브를 통해 내부유로를 선택적 개방시켜 토압감소용과 측벽굴착용으로 분리하여 진행하고, 우물통 침강 완료후에는 그라우팅단계를 수행하되 고압노즐에 의한 측벽굴착된 부분에도 시멘트몰탈을 주입시켜 성형이 이루어지도록 해 최종성형체는 측벽방향으로 다수개의 돌기를 형성시켜 성형체 전체의 표면적을 증가시켜 측방향의 토압에 의해 우물통 성형체가 기울어지는 것을 방지할 수 있는 우물통 설치방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 구조물 기초공사용 우물통 설치방법은,

외주면을 따라 수평 및 수직의 일정간격으로 다수 형성되고 고압노즐과 저압노즐이 분리구성되어 단속밸브에 의해 선택적으로 개방이 이루어지는 듀얼분사장치와, 상기 듀얼분사장치에 배관되어 물 또는 공기 또는 시멘트몰탈을 압력하에서 이송하는 공급관이 내설되어 교량구조물에 설치되는 우물통 설치방법에 있어서, 우물통 저단을 설치장소인 지상 또는 하천 바닥면에 안치시키는 안치단계와; 우물통 내부에 발생된 물을 외부로 배출시키면서 우물통 저면의 토층을 굴착하여 우물통의 자중에 의해 침강이 이루어지게 하는 우물통 침강단계와; 침강된 깊이에 대응하여 상단에 추가 우물통을 일체로 결합 또는 콘크리트 양생으로 우물통의 전체길이를 증가시켜 우물통 중심으로 물 또는 토사가 유입되는 것을 방지하거나 지상으로 표출되어 벽체를 형성하는 우물통 길이연장단계와; 우물통을 지층 중 암반층까지 침강시키고 내부 저면에 시멘트 또는 콘크리트를 타설하여 바닥층을 형성하는 우물통 안착 및 바닥층 형성단계와; 우물통에 내설된 공급관을 통해 시멘트몰탈을 우물통 측면 외벽으로 토출시켜 굴착공과 우물통 사이의 틈을 메우는 그라우팅 단계;를 포함하여 이루어지되,

상기 우물통 침강단계에는, 우물통을 침강시키는 과정에서 굴착공의 측벽으로부터 전달되는 토압을 감소시키기 위해 물 또는 공기를 측벽방향으로 저압으로 토출시키는 측면토압감소시켜 우물통침강을 촉진시키는 침강촉진단계와; 일정깊이마다 우물통 저면의 굴착을 정지시키고, 듀얼분사장치는 단속밸브 조작으로 고압노즐을 개구시켜 굴착공 측벽에 강한 압력을 가하여 굴착공 내벽면에 다수개의 수평토굴을 형성하는 수평토굴 형성단계;가 포함하여 이루어진다.

상기 침강촉진단계는, 우물통 벽체에 내설되고 공급관 단부에 설치된 단속밸브를 단속하여 공급관 내부유로를 유얼분사장치의 저압노즐과 연통시키는 저압노즐개방단계와; 외부의 펌프에 의해 압력이송된 압력수 또는 압력공기를 저압노즐을 통해 굴착공 벽면을 향하여 토출시켜 측면토압을 감소시키는 측면토압 감소단계;를 포함하여 이루어진다.

또한, 수평토굴 형성단계는, 외부의 펌프작동을 일시 정지하면서 단속밸브를 단속하여 공급관 유로와 연통된 노즐을 저압노즐에서 고압노즐로 변경하는 고압노즐 개방단계와; 고압노즐과 공급관이 연통되면 외부 펌프를 작동시켜 고압의 압력수 또는 압력공기를 굴착공 측벽을 향해 강하게 분사하여 수평으로 천공이 이루어져 수평토굴을 형성하는 수평천공단계;를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 고압노즐의 분사압력은 100~1000 bar의 범위로 설정하여 분사압력으로 굴착공 측벽에 다수의 수평토굴이 형성되도록 할 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 기초 구조물의 우물통 설치방법은,

측면토압을 감소시기기 위한 분사노즐을 복수로 형성하되 서로 분사세기가 다른 토압감소용과 천공용으로 형성해 우물통을 지중에 매립하는 과정에서 측면토압을 감소시켜 용이하게 침강이 이루어지도록 하면서 굴착공 측벽에 다수개의 수평천공을 용이하게 형성할 수 있다.

이러한 수평천공은 매립후 그라우팅단계에서 그라우팅제인 시멘트몰탈에 의해 틈메움이 이루어지고, 이러한 시멘트몰탈의 응고가 완료되면 시멘트성형물은 내부는 우물통과 결합되고 외면에는 다수개의 돌출부가 지지층에 삽입된 형태로 제공됨으로 지지층과의 접촉면적을 증가시켜 더욱 강력한 지지력을 제공할 수 있어 안정적으로 교량구조물을 지지할 수 있는 방법의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 우물통 설치방법의 공정순서도.
도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 우물통 설치방법에 의해 지중에 우물통을 설치상태를 개략 도시한 순서도.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 우물통 침강단계의 구체적인 설치방법을 도시한 공정순서도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에서 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되고 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 상세한 설명은 하천등에 매립된 형태를 기본으로 설명하고 있으나, 저류조나 배수탱크와 같이 지상에 설치되는 구조물인 경우 기초만 본 발명의 우물통공사로 진행되고, 상부로는 저류조 벽체를 연속하여 안치 또는 양생함으로써 기초와 상부건축물을 일체로 구성시킬 수 있으며, 이러한 설치방법 역시 본 발명의 권리에 포함된다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 우물통 설치방법의 공정순서도이고, 도 2a 내지 2g는 본 발명에 따른 우물통 설치방법에 의해 지중에 우물통을 설치상태를 개략 도시한 순서도이다.

본 발명에 따른 우물통 설치방법은, 내부에 고압물질을 이송시키기 위한 공급관이 배관되는 원통체로, 외측면에는 고압노즐 및 저압노즐이 단속밸브에 의해 내부유로를 개폐시키는 듀얼분사장치가 내설되고, 내부를 통해 외부의 펌프와 연결되어 물 또는 공기 등을 고압으로 이송시키는 공급관이 배관되어 상기 듀얼분사장치와 연통연결되는 구조를 갖는 우물통을 이용하여 지상 또는 하천에서의 지중매립이 이루어진다. 우물통의 매립이 완료되면 우물통 상단에 기초부를 형성하고 그 상부에 교각을 시공하는 방식으로 최종적으로 시공이 이루어진다.

먼저 우물통을 설치장소인 지상 또는 하천바닥에 안치시키는 안치단계가 수행된다.

도 2a를 참조한 바와같이 우물통(10)의 설치는 대개 지중으로 수십미터 내입하여 설치되기 때문에 하나로 일체로 형성하지 않고 다수개로 분리구성하여 설치장소 인근에서 필요한 높이만큼 조립한 다음 안치하는 방법이 사용된다. 이때 조립되는 우물통간에는 공급관의 수밀하게 배관되어 내부이송물질이 외부로 유출되어 내부압력이 저하되는 것을 방지하는게 바람직하다.

또한 하천이나 강에 설치될 경우에는 물 수위보다 높은 높이로 조립한 다음 하천 또는 강 바닥의 지층(20)에 안치하거나, 일단 안치한 다음 물수위보다 높게 조립하고 내부 물을 외부로 펌핑하는 방법이 적용된다.

우물통의 안치가 완료되면 우물통 침강단계가 수행된다.

도 2b를 참조한 바와같이 우물통(10)이 안치된 하천 바닥면의 지층(20)을 굴착하여 공간을 형성하고, 형성된 공간에는 우물통이 자체중량에 의해 침강되어 점진적으로 우물통의 매립이 이루어진다. 즉, 우물통 내부를 통해 우물통 하부 지층을 굴착하고, 발생된 토사나 물은 펌핑하여 외부로 배출시킴으로써 점진적으로 깊게 굴착공(21)을 형성시킬 수 있고, 우물통은 자중에 의해 침강이 이루어진다. 이러한 굴착은 지층을 형성하는 토사층과 연암층을 관통하여 암반층까지 이루어져 우물통을 안정적으로 고정되게 한다.

다음으로는 우물통 길이연장단계가 수행된다.

도 2c를 참조한 바와같이 일정깊이로 우물통(10)이 내입되면 우물통 상단에는 또다른 우물통을 더 연장시켜 지층(20)에 매립되는 우물통의 전체길이를 연장시킬 수 있다. 우물통 자체의 길이를 길게 형성하면 길이연장단계를 수행하지 않고 설치가 가능하나, 운반성이 저하되고 설치시 용량이 큰 크레인을 요구하게 되고, 설치과정이 까다로워지는 단점이 있다. 따라서, 일정길이로 분리구성하여 필요한 길이만큼 단위크기의 우물통을 연결시켜 작업하는 것이 바람직하다. 상기 우물통(10)은 제작된 우물통을 추가 연결시키거나 지면 또는 하천 상부로 표출된 부분에 거푸집을 이용하여 틀을 형성한 다음 시멘트를 부어서 양생시켜 일체화하는 방법 등 설치환경에 따라서 선택적으로 이루어질 수 있다. 이와같이 우물통 길이연장은 현장에서 지중으로 굴착하는 깊이보다 최소한 동일하거나 더 높은 높이로 우물통을 설치하여 우물통 상단을 통해 내측으로 물 또는 토사가 유입되는 것을 방지하게 한다.

또한 저류조나 배수탱크와 같이 지상구조물인 경우에는 우물통에 의해 기초층만 형성하고, 상부로 연장되는 우물통 또는 양생벽체는 지상구조물의 벽체로 활용되게 할 수 있다.

이어서 우물통 안착 및 바닥층 형성단계가 수행된다.

도 2f를 참조한 바와같이 본 단계는 우물통 저면의 지층을 굴착하여 우물통을 점진적으로 침강시켜서 지층 중 암반층에 안착되면 우물통(10) 내부로 시멘트 또는 콘크리트를 타설하여 바닥층(11)을 형성하는 단계이다. 바람직하게는 수중콘크리트 타설하여 우물통 저면을 밀폐시키고, 내부공간에 수용된 물은 외부로 배출시킨다. 이어서 상기 우물통 내부 공간은 채움이 이루어지고, 그 상단에 교각의 기초단을 설치하여 교각기둥부가 설치가 가능하게 한다.

상기 우물통 안착 및 바닥층 형성단계 이후 또는 이전단계에서 그라우팅 단계가 수행된다.

도 2g를 참조한 바와같이 본 단계는 우물통(10)에 미리 설치된 공급관(40)을 통해 우물통 외측벽과 굴착공(21) 사이의 틈으로 그라우팅제(50) 예컨대 시멘트몰탈을 토출시켜 틈메우기가 이루어지도록 함으로써 설치된 지층에 견고하게 지지되게 하는 단계이다.

이러한 전체 우물통 설치공정에서 본 발명은 우물통침강단계에서 듀얼분사장치에 의해 측면토압을 감소시켜 우물통의 침강이 용이하게 이루어지도록 한다.

본 발명의 듀얼분사장치(30)는 도 2d를 참조한 바와같이 공급관(40)의 단부에 설치되어 공급된 물질을 토출시키는 것으로 단속밸브(31), 저압노즐(32), 고압노즐(33)로 구성된다. 먼저 단속밸브(31)는 공급관(40)에 연통설치되는 것으로 솔레노이드밸브로 구성하여 단속이 용이하게 이루어지게 할 수 있다. 저압노즐(32)과 고압노즐(33)은 단속밸브(31)에 의해 구획된 내부유로 단부에 형성되는 노즐로서 개구된 통공의 크기에 의해 저압과 고압으로 구분된다. 단속밸브(31)는 외부와 전기적으로 연결되어 외부신호에 의해 공급관의 내부 유로를 저압노즐과 연통시키거나 고압노즐과 연통시켜 이송물질의 선택적인 공급이 이루어지게 할 수 있다.

상기 듀얼분사장치에 의해 본 발명의 우물통침강단계는, 침강촉진단계와, 수평토굴 형성단계로 이루어진다.

상기 침강촉진단계는, 우물통을 침강시키는 과정에서 굴착공의 측벽으로부터 전달되는 토압을 감소시키기 위해 물 또는 공기를 측벽방향으로 저압으로 토출시키는 측면토압감소시켜 우물통침강을 촉진시키는 단계이다.

도 2d와 도 3을 참조한 바와같이 상기 침강촉진단계는 먼저 저압노즐 개방단계를 수행한다. 상기 저압노즐 개방단계는 듀얼분사장치(30)의 단속밸브(31)를 조작하여 공급관의 내부유로를 저압노즐(32)과 연통시키는 단계이다.

또한, 외부의 펌프에 의해 압력수 또는 압력공기를 고압으로 이송하여 저압노즐(32)을 통해 굴착공(21) 벽면방향으로 토출시켜 측면토압을 감소시키는 측면토압 감소단계를 수행한다.

이와같이 저압노즐 개방단계와 측면토압 감소단계를 수행하면 우물통에 작용하는 토압에 의한 마찰력을 낮출수 있어 우물통의 침강이 용이하게 이루어지게 할 수 있다.

물론 상기 저압노즐은 우물통의 전방위에 대해 일정간격으로 분사가 가능하도록 구성되며, 각 저압노즐은 각각의 단속밸브에 의해 선택적인 개방이 이루어질 수 있다. 따라서 저압노즐 개방단계 이전단계로 우물통 측벽에 장착된 압력센서의 측정값을 통해서 개방이 이루어질 저압노즐을 선택하여 내부유로를 공급관과 연통시키는 저압노즐 선택단계가 더 수행될 수 있다. 이와같이 저압노즐 선택단계를 수행하여 압력센서에서 측정값이 높은 방향의 저압노즐만 개방시켜 굴착공과 우물통의 마찰력을 감소시켜 우물통 침강이 용이하게 이루어지게 할 수 있다. 여기서 저압노즐은 굴착공 내벽면 방향으로 토출이 이루어지게 하거나 굴착공과 우물통 사이의 공간으로 상향 토출이 이루어지도록 하여 토출압력이 작용하여 우물통의 침강이 용이하게 이루어지게 할 수 있다.

다음으로 우물통침강단계는, 수평토굴 형성단계를 더 포함하여 이루어진다.

수평토굴 형성단계는, 일정깊이마다 우물통 저면의 굴착을 정지시키고, 듀얼분사장치는 단속밸브 조작으로 고압노즐을 개구시켜 굴착공 측벽에 강한 압력을 가하여 굴착공 내벽면에 다수개의 수평토굴을 형성하는 단계이다.

본 수평토굴 형성단계는 도 4를 참조한 바와같이, 외부의 펌프작동을 일시 정지하면서 단속밸브를 단속하여 공급관 내부유로를 저압노즐 방향에서 고압노즐 방향으로 변경하는 고압노즐 개방단계과, 고압노즐과 공급관이 연통되면 외부 펌프를 작동시켜 고압의 압력수 또는 압력공기를 굴착공 측벽을 향해 강하게 분사하여 수평으로 천공이 이루어져 수평토굴을 형성하는 수평천공단계로 이루어진다.

도 2e를 참조한 바와같이 고압노즐 개방단계를 수행하면 공급관(40)으로 고압 이송되는 물 또는 공기가 고압노즐(33)을 통해 고압으로 배출된다. 특히 고압노즐은 토출방향을 우물통(10)에서 굴착공 내벽면 방향으로 수평으로 설정함으로써 고압의 토출압력이 전량 굴착공의 내벽면을 향하게 한다.

다음으로 도 2f를 참조한 바와같이 수평천공단계를 수행하연 고압의 압력수 또는 압력공기에 의해 굴착공 내벽면에 일정깊이의 천공된 수평토굴(22)이 형성된다.

상기 고압노즐을 통해 토출되는 분사압력은 100~1000bar의 범위로 형성하여 수평토굴이 용이하게 이루어지게 한다. 여기서 상기 100bar이하의 압력에서는 토출압력의 세기가 낮아 굴착공에 수평토굴의 형성이 잘 이루어지지 않으며, 1000bar이상의 압력에서는 수평토굴의 형성은 용이하나 초고압을 형성하기 위해 큰 용량의 펌프를 요구하고 있으므로 상기 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 침강촉진단계는 우물통을 일정 깊이로 침강시키기 위해서 매 구간마다 지중에 매립된 우물통 전체공간에서 저압노즐을 분사하여 측면토압을 감소시키는 단계를 수행하나, 수평토굴 형성단계는 최종적으로 우물통의 침강이 완료된 상태 또는 우물통이 일정깊이로 침강시 매구간마다 최하단에 위치하는 듀얼분사장치를 통해서만 고압노즐을 통한 수평천공이 이루어지게 할 수 있다. 따라서, 매구간마다 수평천공을 형성할 경우에는 듀얼분사장치는 최하단 우물통에만 형성하고 그 상부층에서는 저압노즐만 구비하여 단속밸브에 의한 개폐단속만 이루어지게 할 수 있다.

상기한 바와같이 우물통을 침강시키면서 굴착공의 내벽면에 다수개의 수평토굴을 다층으로 형성한 다음 그라우팅 단계를 수행하면, 시멘트몰탈은 공급관을 통해 저압노즐을 통해 외부로 토출되어 우물통과 굴착공 내벽면 사이의 공간을 메우게 된다. 이때 시멘트몰탈은 굴착공 내벽면에 다층으로 다수 형성된 수평토굴에로 내입되어 응고된다.

상기 다수개의 수평토굴에 의한 시멘트몰탈은 양생되면서 그라우팅층(50)을 형성하고 도 4g에 도시된 바와같이 우물통(10)과 일체로 성형되면서 주변지반에 박힌 쐐기형태를 갖으며, 이는 다수개의 쐐기에 의해 우물통을 설치지층에 고정시키게 된다. 따라서 우물통과 지층과의 접촉면적이 증가되어 결합력을 향상시키고 수평토굴에 의해 형성된 수평쐐기를 포함하는 그라우팅층(50)은 우물통이 일측으로 기울어지는 것을 방지하게 함으로 안정적인 지지기반의 제공이 가능하게 되었다.

10 : 우물통
11 : 바닥층
20 : 지층
21 : 굴착공 22 : 수평토굴
30 : 듀얼분사장치
31 : 단속밸브 32 : 저압노즐
33 : 고압노즐
40 : 공급관
50 : 그라우팅층

Claims (4)

1. 외주면을 따라 수평 및 수직의 일정간격으로 다수 형성되고 고압노즐과 저압노즐이 분리구성되어 단속밸브에 의해 선택적으로 개방이 이루어지는 듀얼분사장치와, 상기 듀얼분사장치에 배관되어 물 또는 공기 또는 시멘트몰탈을 압력하에서 이송하는 공급관이 내설되어 구조물 기초공사에 설치되는 우물통 설치방법에 있어서,
   우물통 저단을 설치장소인 지상 또는 하천 바닥면에 안치시키는 안치단계와;
   우물통 내부에 발생된 물을 외부로 배출시키면서 우물통 저면의 지층을 굴착하여 우물통의 자중에 의해 침강이 이루어지게 하는 우물통 침강단계와;
   침강된 깊이에 대응하여 상단에 추가 우물통을 일체로 결합 또는 콘크리트 양생으로 우물통의 전체길이를 증가시켜 우물통 중심으로 물 또는 토사가 유입되는 것을 방지하거나 지상으로 표출되어 벽체를 형성하는 우물통 길이연장단계와;
   우물통을 지층 중 암반층까지 침강시키고 내부 저면에 시멘트 또는 콘크리트를 타설하여 바닥층을 형성하는 우물통 안착 및 바닥층 형성단계와;
   우물통에 내설된 공급관을 통해 시멘트몰탈을 우물통 측면 외벽으로 토출시켜 굴착공과 우물통 사이의 틈을 메우는 그라우팅 단계;를 포함하여 이루어지되,
   상기 우물통 침강단계에는,
   우물통을 침강시키는 과정에서 굴착공의 측벽으로부터 전달되는 토압을 감소시키기 위해 물 또는 공기를 측벽방향으로 저압으로 토출시키는 측면토압감소시켜 우물통침강을 촉진시키는 침강촉진단계와;
   일정깊이마다 우물통 저면의 굴착을 정지시키고, 듀얼분사장치는 단속밸브 조작으로 고압노즐을 개구시켜 굴착공 측벽에 강한 압력을 가하여 굴착공 내벽면에 다수개의 수평토굴을 형성하는 수평토굴 형성단계;가 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우물통 설치방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 침강촉진단계는,
   우물통 벽체에 내설되고 공급관 단부에 설치된 단속밸브를 단속하여 공급관 내부유로를 유얼분사장치의 저압노즐과 연통시키는 저압노즐 개방단계와;
   외부의 펌프에 의해 압력이송된 압력수 또는 압력공기를 저압노즐을 통해 굴착공 벽면을 향하여 토출시켜 측면토압을 감소시키는 측면토압 감소단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우물통 설치방법.
3. 제2항에 있어서,
   수평토굴 형성단계는,
   외부의 펌프작동을 일시 정지하면서 단속밸브를 단속하여 공급관 유로와 연통된 노즐을 저압노즐에서 고압노즐로 변경하는 고압노즐 개방단계와;
   고압노즐과 공급관이 연통되면 외부 펌프를 작동시켜 고압의 압력수 또는 압력공기를 굴착공 측벽을 향해 강하게 분사하여 수평으로 천공이 이루어져 수평토굴을 형성하는 수평천공단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우물통 설치방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고압노즐의 분사압력은 100~1000 bar의 범위로 설정하여 분사압력으로 굴착공 측벽에 다수의 수평토굴이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 우물통 설치방법.

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